不同温度对总状绿绒蒿幼苗生理特性的影响

王 盖，区 智，屈 燕

(西南林业大学园林学院，云南 昆明 650224)



不同温度对总状绿绒蒿幼苗生理特性的影响

王 盖，区 智，屈 燕*

(西南林业大学园林学院，云南 昆明 650224)

试验以总状绿绒蒿半年生幼苗为试验材料，研究5个温度梯度(0、5、15、20、30 ℃)处理下，幼苗部分生理生化指标对不同温度的响应差异。结果表明，在20 ℃处理下，各指标均表现出最低值。5、15、20 ℃下不存在显著性差异(P>0.05)。而30 ℃的高温处理和0 ℃的低温处理，叶绿素a含量显著减少，抗氧化酶SOD、POD 活性显著增加，丙二醛(MDA)含量以及蛋白质含量、游离脯氨酸含量显著增加，说明总状绿绒蒿可以通过自身的积极响应来减轻低温和高温伤害; 而且，30 ℃高温比低温对总状绿绒蒿的伤害更大，说明其具有较强的耐低温性，而不耐高温。

总状绿绒蒿；温度；胁迫；影响

总状绿绒蒿(MeconopsisracemosaMaxim. Mel. Biol.)为罂粟科(Papaveraceae)绿绒篙属(Meconopsis)1年生草本植物，为中国特有植物[1]。生于海拔3300～5300 m的草坡或岩坡上。分布于云南西北部、四川西部及西北部、西藏大部、青海南部及东部、甘肃等地。是绿绒蒿家族中最常见、分布最为广泛、形态也最典型的种类。又称红毛洋参、西参，藏名“才完”。全草入药可消炎，止骨痛，治头痛、骨折；根入药，补中益气，治气虚、浮肿、哮喘等症[2-4]。在《中国藏药》、《云南省药品标准》等本草书籍上均有记载。花蓝色或蓝紫色，花药桔黄色，总状花序，数朵花冠簇拥在茎上部，亭亭玉立，是极具观赏价值的高山花卉。

温度对植物生长发育具有重要作用，是决定植物地域分布、生长发育以及影响作物产量和质量的主要因素。植物抗逆性潜能和特殊生境下植物的生态适应机制，是当前植物生理生态学研究的热点问题之一[5-7]。高温和低温不仅会限制作物的栽植范围，造成作物减产，成为农林生产中的重要自然灾害之一[8]，也是园林绿化植物引种的一个重要限制因子。而植物对胁迫的生理响应往往先于外在形态表现[9]。

总状绿绒蒿主要生长在高海拔地区的流石滩，在这一地区气温低、空气稀薄、日照辐射强烈、温度变差剧烈, 且常受大风袭击。地表覆盖有大量的砾石层, 表面土壤稀少, 仅存在于20～50 cm的老砾石层中, 具有典型的高寒荒漠特征。昆明市属于亚热带大陆性气候，冬暖夏凉，春季干燥多风，夏季多雨湿润。与绿绒蒿的原产地有很大差别，主要差别在于气温、降水量和日照时数。因此在绿绒蒿向亚热带的低海拔地区引种栽培过程中，温度是需要重点解决的问题，尤其是夏季高温的影响。而幼苗期生长是植物生活史中的重要阶段，是植物生长和更新的基础。而幼苗期植物的光照和温度条件往往决定其在自然条件下存活的关键因素[10]。

绿绒蒿属植物的引种栽培和遗传育种工作还处于起步阶段，目前，在生理生态适应性方面的研究取得了一些成果。如任祝三[11]就气候条件对绿绒蒿苗期生长做了初步的分析，结果表明总状绿绒蒿，全缘叶绿绒蒿(M.integrifolia)和粗状绿绒蒿(M.robusta)的幼苗都可在昆明气候条件下生长，但种间存在明显差异。因绿绒蒿对于高温的耐性较差，在低海拔栽培较为困难。有研究在海拔3260 m的苗圃比较了全缘叶绿绒蒿和总状绿绒蒿对光照和温度的响应差异[12]。另外，还发现不同温度下绿绒蒿光合表现存在显著差异，而绿绒蒿向亚热带的低海拔地区引种栽培过程中，夏季高温是需要重点解决的问题[13]。

这也引起了笔者对总状绿绒蒿在不同温度，尤其是高温和低温下幼苗生理指标的响应差异的研究兴趣。因此，本研究选取滇西北不同总状绿绒蒿的半年生实生苗为研究对象，探讨其对不同温度的响应机制及抗性生理的适应性差异，尤其是高温和低温对幼苗生长的影响，对其今后的良种选育、推广栽培及引种驯化具有重要意义。

图1 不同温度处理对叶绿素含量的影响Fig.1 Effect of different temperature on chlorophyll content

1 材料与方法

1.1 试验材料

2013年10月，采集生长于滇西北丽江玉龙雪山总状绿绒蒿种子(海拔4300 m)，在室内播种至幼苗期。挑选健康且长势一致的绿绒蒿幼苗植株50盆，共设5个温度梯度，分别为30、20、15、5、0 ℃，每处理10 盆，每盆1 株。放在人工气候箱(德国Binder人工气候箱，KBWF240)培养。光照3000 lx，湿度为75 %。保证每个处理下的总状绿绒蒿幼苗足够的水分。培养15 d后测定各生理指标。

1.2 试验方法

叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、游离脯氨酸含量以及可溶性蛋白质含量的测定方法均参照李合生(2000)等方法[14-15]，略有改动。

1.3 统计分析

所有的数据分析都利用SPSS 19.0统计分析软件进行一元方差分析(One-way ANOVA)，平均数间的多重比较采用Ducan’s检验方法; 由各个体的数据计算不同指标间的Pearson’s相关系数,P<0.05时差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理对总状绿绒蒿幼苗叶绿素含量的影响

随着处理温度的上升，叶绿素含量呈先升后降的趋势。在各处理期，叶绿素a的含量均高于叶绿素b的含量，随着处理温度的上升，叶绿素a的值呈递增趋势，直到30 ℃时下降(图2)。

由单因素方差分析及多重比较分析表明，温度对叶绿素含量的影响显著(F=32.98,P<0.05)。其中0、30 ℃与其他处理温度(5、15、20 ℃)存在显著性差异(P<0.05)，5、15、20 ℃之间无显著差异(P>0.05)。表明高温和低温均能使叶绿素含量显著下降，在低温下叶绿素含量下降更为明显。

低温，高温处理下相较其他处理温度，叶绿素a/b值降低，低温处理下其比值降低更为明显。但在处理温度5、15、20、30 ℃之间，叶绿素a值存在显著差异，叶绿素b值不存在显著差异；且5、15、20 ℃之间叶绿素a/b值无显著差异。因此，叶绿素a 对低温和高温的响应更为敏感。

图2 不同温度处理对叶绿素a/叶绿素b含量的影响Fig.2 Effect of different temperature on chlorophyll content a and chlorophyll content b

2.2 不同温度处理对总状绿绒蒿幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

如图3所示，20 ℃时MDA的含量最低，随着温度的进一步降低和升高，总状绿绒蒿幼苗的MDA含量也逐渐升高。20、15及5 ℃低温处理下，MDA 含量没有显著变化，说明在不低于5 ℃的温度条件下，总状绿绒蒿幼苗并没有受到细胞膜脂过氧化的伤害。单因素方差分析表明，各处理温度之间具有显著差异(F=187.94,P<0.05)。低温(0 ℃)或高温(30 ℃)下，总状绿绒蒿幼苗的膜脂过氧化作用最强，影响了植株的正常生长。且30 ℃时MDA含量较0 ℃时更大，说明高温对总状绿绒蒿幼苗较低温伤害更大。

2.3 不同温度处理对总状绿绒蒿幼苗抗氧化酶活性的影响

由图4～5可知， SOD和POD活性均随着温度的升高呈现先降后升的趋势，且在20 ℃时，2种酶的活性均为最小。而在0和30 ℃处理下，2种酶的活性显著提高。在各处理温度之间，2种酶SOD活性(F=912.62,P<0.05),POD活性(F=109.14,P<0.05)均存在显著性差异。说明总状绿绒蒿在高温和低温处理时，均可通过增加其抗氧化酶系统活性有效抑制高温和低温造成的伤害。值得注意的是，高温30 ℃时SOD活性最大，而低温0 ℃下POD活性最大。说明2种酶的活性对高温和低温的响应存在差异。

图3 不同温度处理对(MDA)含量的影响Fig.3 Effect of different temperature on MDA content

图4 不同温度处理对超氧化物歧化酶活性的影响Fig.4 Effect of different temperature on superoxide dismutase activity

2.4 不同温度处理对总状绿绒蒿幼苗游离脯氨酸含量的影响

不同温度处理下脯氨酸含量的变化趋势如图6所示，总状绿绒蒿幼苗的脯氨酸含量呈现先降后升的趋势，在20 ℃下植物体内脯氨酸含量最小，30 ℃下植物体内脯氨酸含量最大，试验表明，总状绿绒蒿幼苗在低温，高温处理下，脯氨酸含量显著提高以免幼苗植株质膜系统受到伤害，从而影响植物正常的渗透调节。由单因素方差分析表可知，在各处理温度之间，均存在显著性差异(F=443.86，P<0.05)。但脯氨酸含量的变化在高温的影响较低温更为明显。

图5 不同温度处理对过氧化物酶活性的影响Fig.5 Effect of different temperature on peroxidase activity

图6 不同温度处理对脯氨酸含量的影响Fig.6 Effect of different temperature on proline contents

2.5 不同温度处理对总状绿绒蒿幼苗可溶性蛋白质含量的影响

蛋白质是植物生长发育中重要的结构物质，也是植物健康生长的生理指标之一。在不同温度处理下的总状绿绒蒿，试验结果表明，随着处理温度的升高，植物体内蛋白质含量呈先降后升的趋势，0 ℃下蛋白质含量最高，20 ℃下蛋白质含量最低，试验结果表明，在低温，高温下，总状绿绒蒿幼苗体内产生了胁迫蛋白，从而使蛋白质含量显著提高。单因素方差分析表明，在各处理温度之间存在显著性差异(F=378.70,P<0.05),而0 ℃低温胁迫时蛋白质含量最大(图7)。

2.6 各生理指标的相关性检验

根据各指标之间的相关性检验表明，叶绿素含量与其他各指标之间呈显著负相关(P<0.05)。丙二醛含量、脯氨酸含量、蛋白质含量、POD活性以及SOD活性各指标之间呈显著正相关(P<0.05)。说明高温，低温抑制了总状绿绒蒿植株体内叶绿素的合成，但促使总状绿绒蒿植株体内合成抗性蛋白，脯氨酸含量增加，且植株体内抗氧化酶活性增强。说明总状绿绒蒿植株可以通过自身的积极响应来减轻低温和高温伤害。

图7 不同温度处理对可溶性蛋白的影响Fig.7 Effect of different temperature on soluble protein

3 讨 论

本试验证明在高温和低温处理下，总状绿绒蒿叶绿素a和叶绿素b的含量及总叶绿素含量均呈下降趋势；且叶绿素a对低温胁迫反应更为敏感。之前有学者对云南含笑进行研究，表明低温胁迫下，叶绿素b变化较叶绿素a更为敏感[16]。因此，对不同物种而言，叶绿素a和叶绿素b对高温和低温的响应存在差异，还有待进一步研究。

在逆境胁迫下，植物叶片蛋白质含量下降，主要是因为其蛋白质酶、肽酶的活性增加，植物体内蛋白质分解大于合成[17-18]。本实验结果表明，在低温、高温胁迫下，总状绿绒蒿幼苗叶片中可溶性蛋白含量呈上升趋势，由此可认为，高温、低温胁迫下，总状绿绒蒿幼苗体内诱导产生了与抗寒，抗高温有关的新蛋白质的合成，促使总状绿绒蒿幼苗能抵抗低温，高温的伤害。脯氨酸含量与植物抗逆性存在密切的关系，许多研究证实，脯氨酸含量与多数植物抗寒，抗热性成正相关[19-21]，在本实验研究中，总状绿绒蒿叶片脯氨酸的含量随低温、高温胁迫均呈上升趋势，且高温胁迫下脯氨酸含量远大于低温胁迫。说明脯氨酸参与了总状绿绒蒿幼苗在高温、低温胁迫下的渗透调节，增加了其对高温、低温胁迫的抗性。在逆境胁迫下，MDA含量的多少可以反映植物体内质膜损伤的程度[22]。本研究中，与其他组相比，15和5 ℃的低温下，MDA含量无显著变化，随着温度的升高和降低，MDA含量显著增加。且高温胁迫下MDA含量增加更为明显，说明，总状绿绒蒿幼苗在高温胁迫下膜质损伤更为严重。在0、30 ℃胁迫下，抗氧化酶活性显著升高，这可能是由于总状绿绒蒿体内防御系统对逆境胁迫的响应，酶的合成增加，保护其生理代谢及生长等都不受到逆境的严重影响。本研究中总状绿绒蒿幼苗保护酶活性在低温，高温处理下相较其他温度处理下呈增高的趋势，且低温处理下POD活性较SOD活性增加更为明显，相反，在高温，低温处理下SOD活性较POD活性增加更为明显。有研究也表明，总状绿绒蒿其叶片在20 ℃有更高的光合能力和光化学效率。其种子最适宜发芽温度为20 ℃[23]，本实验从总状绿绒蒿植株几种生理机制的响应也证实了这一点。

表1 各生理指标间的相关性检验

综上所述，总状绿绒蒿植株最适宜的生长的温度条件为20 ℃，温度过高或过低都影响植株的正常生理代谢。在低温(0 ℃)和高温(30 ℃)处理下，上述各生理指标均有显著变化，由此可见总状绿绒蒿幼苗可以通过调节自身生理生化机制来适应外界温度的变化，尤其高温对植株的伤害反应最为强烈。

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(责任编辑 李山云)

Effect of Different Temperatures on Physiological Traits ofMeconopsisracemosaSeedlings

WANG Gai, QU Zhi, QU Yan*

(Faculty of Landscape, Southwest Forestry University, Yunnan Kunming 650224, China)

The half-year old seedlings ofMeconopsisracemosawere used as test materials in the present study. We compared the responses on physiological indexes under five temperature gradients (0,5,15,20,30 ℃) of the seedlings. Results showed that the indexes were the lowest under 20 ℃ treatment. There was no significant difference (P> 0.05) between 5, 15, 20 ℃. Under the high temperature(30 ℃) and the low temperature(0 ℃) processing was significantly reduced, antioxidant enzymes SOD, POD activity increased significantly, malondialdehyde (MDA) content and protein content, proline content increased significantly, which showed that theMeconopsisracemosecould through their own positive response decrease damages from low temperature and high temperature; And the damage of high temperature(30 ℃) onMeconopsisracemosewas larger than that of low temperature, which showed thatMeconopsisracemosewas a stronger resistance to low temperature, but not high temperature resistant.

Meconopsisracemosa; Temperature; Stress; Effect

1001-4829(2016)08-1834-05

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.014

2014-11-24

西南林业大学科研启动基金项目(SWFC.IP2014.111308)；国家自然科学基金(31460218)；云南省 高校风景园林科技创新团队建设项目；园林植物与观赏园艺省级重点学科、园林植物与观赏园艺省高校重点实验室和西南林业大学大型仪器共享平台项目。

王 盖(1988-)，男，硕士，现从事园林研究，*为通讯作者，E-mail：flyersw@163.com。

S681.9

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